NL1012753C2 - Gas turbine energy components with effectively reduced drag comprise a number of riblets on the gas flow surface of specific height, width and length - Google Patents

Gas turbine energy components with effectively reduced drag comprise a number of riblets on the gas flow surface of specific height, width and length Download PDF

Info

Publication number
NL1012753C2
NL1012753C2 NL1012753A NL1012753A NL1012753C2 NL 1012753 C2 NL1012753 C2 NL 1012753C2 NL 1012753 A NL1012753 A NL 1012753A NL 1012753 A NL1012753 A NL 1012753A NL 1012753 C2 NL1012753 C2 NL 1012753C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
ribs
gas flow
component
flow surface
length
Prior art date
Application number
NL1012753A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Adrianus Antonius Joha Ierland
Adriaan Thomas Jacques Verbeek
Jolanda Josephina Petro Beeren
Oleg Alexandrovich Alexandrov
Ingrid Daniulse
Original Assignee
Chromalloy Holland B V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chromalloy Holland B V filed Critical Chromalloy Holland B V
Priority to NL1012753A priority Critical patent/NL1012753C2/en
Priority to NL1014924A priority patent/NL1014924C2/en
Priority to AU64821/00A priority patent/AU6482100A/en
Priority to PCT/NL2000/000549 priority patent/WO2001009405A1/en
Priority to EP00952060A priority patent/EP1203107A1/en
Priority to US10/048,383 priority patent/US6666646B1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1012753C2 publication Critical patent/NL1012753C2/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/10—Influencing flow of fluids around bodies of solid material
    • F15D1/12—Influencing flow of fluids around bodies of solid material by influencing the boundary layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/01—Selective coating, e.g. pattern coating, without pre-treatment of the material to be coated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/145—Means for influencing boundary layers or secondary circulations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/023—Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/324—Blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/127—Vortex generators, turbulators, or the like, for mixing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/22—Non-oxide ceramics
    • F05D2300/226—Carbides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/516—Surface roughness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Gas turbine energy component in gas flow comprises a number of riblets deposited onto the gas flow surface of the engine component effective to reduce drag. The riblets has a length of at least 5 mm, a height of at least 0.02 mm and a width of at least 0.01 mm. Independent claims are also included for: (a) a process for applying a number of riblets onto the gas flow surface of a gas turbine engine component, which comprises: depositing riblets onto the gas flow surface using a high velocity oxyfuel process; and (b) a method of reducing turbulent drag on the engine component in the gas flow, by: depositing, onto a gas flow surface, a pattern of protrusions to reduce turbulent drag, the pattern deposited through a mask positioned between the gas flow surface and a nozzle used to inject molten particles in the high velocity oxyfuel process.

Description

BEPERKING VAN DE LUCHTWEERSTAND VOOR COMPONENTEN VAN EEN GASTURBINE MOTORLIMITATION OF AIR RESISTANCE FOR COMPONENTS OF A GAS TURBINE ENGINE

De uitvinding betreft een gasturbine (zoals voor gebruik in de lucht als op het land) component bestaande uit een blad of andere motorcomponent in een gasstroom. Het doel is het bevorderen van een efficiënte 5 wisselwerking tussen de gasstroom en de betreffende motorcomponent. In gasturbines, is het doel van de gasstroom hetzij het verschaffen van snelheid aan of het doen roteren van de betreffende motorcomponenten of om de motorcomponent de gasstroom te doen versnellen of een 10 richtingsverandering aan de gasstroom te geven. De betreffende componenten omvatten bladen, schoepen, stators en rotors. De wisselwerking tussen de gasstroom en de betrokken motorcomponent is van groot belang en tegelij-kertijd dient de gasstroom geoptimaliseerd te worden.The invention relates to a gas turbine (such as for air and land use) component consisting of a blade or other engine component in a gas stream. The aim is to promote efficient interaction between the gas flow and the respective engine component. In gas turbines, the purpose of the gas flow is to either provide speed to or rotate the respective engine components or to cause the engine component to accelerate the gas flow or to give a direction change to the gas flow. The affected components include blades, vanes, stators and rotors. The interaction between the gas flow and the engine component involved is of great importance and at the same time the gas flow must be optimized.

15 Deze motorcomponenten omvatten veelal een legering gebaseerd op Ni, Co, Ti, Al of Fe.These motor components often comprise an alloy based on Ni, Co, Ti, Al or Fe.

Voor het aanbrengen van ribben in industrieën anders dan de turbine industrie worden ribben gebruikt met een aanzienlijke lengte en minimum hoogte. Als voor-20 beeld kan gelden 3M ruimtevaart, welke op commerciële basis een product produceert, dat in hoofdzaak uit polymeren bestaat. Een polyethyleen laag op de binnenzijde waarvan siliciummateriaal is aangebracht en waarop onder gebruikmaking van een hechtmiddel (gebaseerd op acrylaat) 25 een thermoplastische polyurethaan is opgebracht. Op deze laag is een ribbe-achtige fluorpolymeerlaag aangebracht. Het zal duidelijk zijn, dat alhoewel het ribbenprofiel zoals beschreven theoretisch gebruikt zou kunnen worden bij gasturbine motor componenten, het in de praktijk niet 30 mogelijk zal zijn om kunststof te gebruiken vanwege de hoge temperaturen, die ontstaan tijdens motorbedrijf.For applying ribs in industries other than the turbine industry, ribs of considerable length and minimum height are used. As an example, 3M aerospace, which commercially produces a product consisting mainly of polymers. A polyethylene layer on the inside of which silicon material has been applied and on which a thermoplastic polyurethane has been applied using an adhesive (based on acrylate). A rib-like fluoropolymer layer is applied to this layer. It will be understood that although the rib profile as described could theoretically be used with gas turbine engine components, in practice it will not be possible to use plastic because of the high temperatures generated during engine operation.

1012758 21012758 2

Het doel van de uitvinding is de weerstand voor de gasstroom over zulke motorcoraponenten te beperken.The object of the invention is to limit the resistance to the gas flow over such engine corona parts.

Voor de motorcomponenten, zoals in het voorgaande is beschreven, kan dit doel worden bereikt door 5 het aanbrengen van langwerpige ribben met een lengte van tenminste 5mm en een hoogte van tenminste 0,02 mm en een breedte van tenminste 0,01 mm. De ribben zijn een aantal langwerpige uitsteeksels op een oppervlak, welke uitsteeksels naast elkaar zijn geplaatst en zich in langs-10 richting uitstrekken in vrijwel de stroomrichting ten opzichte van het oppervlak om een grenslaag van de stroming op dat oppervlak te wijzigen. Het aantal, hoogte, lengte en breedte van de ribben wordt zodanig gekozen, dat de weerstand, die de gasstroom over het gasstroom 15 oppervlak van de component ondervindt wordt beperkt.For the motor components, as described above, this object can be achieved by providing elongated ribs with a length of at least 5mm and a height of at least 0.02mm and a width of at least 0.01mm. The ribs are a number of elongated protrusions on a surface, said protrusions being juxtaposed and extending longitudinally in substantially the direction of flow relative to the surface to modify a boundary layer of flow on that surface. The number, height, length and width of the ribs is selected to limit the resistance experienced by the gas flow over the gas flow surface of the component.

Het zal duidelijk zijn, dat de lengte van de ribben voor een stelsel ribben een constante waarde kan hebben, maar het is voorts mogelijk dat een stelsel ribben met variërende lengte, met een minimum lengte van 20 5 mm voor de afzonderlijke ribben wordt toegepast. Bij voorkeur worden tenminste 10 kolommen ribben op het component oppervlak geplaatst.It will be understood that the length of the ribs for a set of ribs may have a constant value, but it is further possible that a set of ribs of varying length, with a minimum length of 20 mm, may be used for the individual ribs. Preferably, at least 10 columns of ribs are placed on the component surface.

De uitvinding beschrijft een werkwijze bekend als Hoge Snelheids Oxybrandstof Methode (HVOF) voor het 25 aanbrengen van een metaal en/of keramisch materiaal als ribben op een dragend oppervlak. Verrassenderwijs blijkt, dat indien een dergelijk metallisch/keramisch poedermate-riaal met hoge snelheid en hogere temperatuur wordt opgebracht het nog steeds effectief is voor het gebruik 30 op motorcomponenten voor de beperking van de weerstand. Met gebruik van deze techniek is het mogelijk om het oppervlak van de motorcomponent te optimaliseren zelfs alhoewel de motorcomponenten blootgesteld worden aan hoge temperaturen, meestal temperaturen hoger dan 500°C, 35 bijvoorbeeld 1000°C en hoger.The invention describes a method known as a High Speed Oxy Fuel Method (HVOF) for applying a metal and / or ceramic material as ribs to a supporting surface. Surprisingly, it appears that if such a high speed, higher temperature metallic / ceramic powder material is applied it is still effective for use on motor components for limiting the resistance. Using this technique, it is possible to optimize the surface of the motor component even though the motor components are exposed to high temperatures, usually temperatures higher than 500 ° C, for example 1000 ° C and higher.

Bij gebruikmaking van de HVOF techniek wordt met behulp van een straalmondstuk bij hoge snelheden poeder op de drager gebracht. Keramisch en/of metallisch 1012753 ' 3 poeder wordt evenals brandstof geïnjecteerd in het systeem. Meestal wordt zuurstof aan deze brandstof toegevoegd. De brandstof kan Kerosine (vloeibaar) bevatten, propaan, propeen, propyleen, MAPP-gas of waterstofgas.Using the HVOF technique, powder is applied to the carrier at high speeds using a jet nozzle. Ceramic and / or metallic 1012753 '3 powder as well as fuel is injected into the system. Oxygen is usually added to this fuel. The fuel can contain Kerosene (liquid), propane, propylene, propylene, MAPP gas or hydrogen gas.

5 Aan de uitgang van het mondstuk wordt de stroming door een luchtscherm omringd. Bij zeer hoge temperaturen vindt verbranding plaats. Grote hoeveelheden gassen, die het gevolg zijn van de verbranding, versnellen de geïnjecteerde poeders. Argon of stikstof versnellen de geïnjec-10 teerde poeders verder. Met een snelheid van 4000/8000 voet per seconde (1220/2440 meter per seconde) botsen de poeders met het oppervlak van de drager.5 At the outlet of the nozzle, the flow is surrounded by an air screen. Combustion takes place at very high temperatures. Large amounts of gases resulting from combustion accelerate the injected powders. Argon or nitrogen further accelerate the injected powders. At a speed of 4000/8000 feet per second (1220/2440 meters per second), the powders collide with the surface of the carrier.

Zoals in het voorgaande is beschreven, kunnen verschillende materiaalpoeders opgebracht worden op de 15 motorcomponenten met gebruikmaking van de bovengenoemde techniek. Als voorbeeld van een legering, welke opgebracht kan worden met gebruikmaking van de HVOF methode, kan het volgende materiaal worden opgebracht: 11-12,5 gew.% cobalt; 5,0-5,5 gew.% koolstof; 1,0 gew.% ijzer; en 20 wolfraam basis. Het zal duidelijk zijn, dat dit slechts een voorbeeld is en andere legeringen en keramische materialen opgebracht kunnen worden met de HVOF techniek, met ook Ni, Co, Al, W, Cr of Fe gebaseerde legeringen en/of carbiden daarvan. Met voordeel kunnen de materia-25 len, die als ribben worden gebruikt zodanig worden gekozen, dat weerstand tegen erosie wordt verkregen.As described above, various material powders can be applied to the motor components using the above technique. As an example of an alloy, which can be applied using the HVOF method, the following material can be applied: 11-12.5 wt% cobalt; 5.0-5.5 wt% carbon; 1.0 wt% iron; and 20 tungsten base. It will be understood that this is only an example and other alloys and ceramics can be applied by the HVOF technique, including also Ni, Co, Al, W, Cr or Fe based alloys and / or carbides thereof. Advantageously, the materials used as ribs can be selected to provide resistance to erosion.

Met gebruikmaking van de HVOF techniek is het mogelijk om lagen te maken met een extreem hoge trekhech-tingssterkte. Experimenten hebben waarden laten zien voor 30 de trekhechtsterkte van 12000 psi. De trekhechtsterkte kan verbeterd worden door toevoeging van een tweede bekledingslaag bestaande uit bijvoorbeeld Inconel 718. Andere passende bekledingslagen kunnen omvatten Cr, Ni, Co, Al, W of Fe gebaseerde legeringen. Deze bekleding kan 35 aangebracht worden door elke bekende techniek en de laag wordt meestal aangebracht over het gehele gedeelte van het component oppervlak, dat in een later stadium zal worden voorzien van een ribbenbekleding. De ribben kunnen 1012758 4 worden gevormd door gebruik te maken van de HVOF thermische sproeitechniek gebruikmakend van een zeef, die geplaatst is tussen de uitgang van het straalmondstuk en het component drager oppervlak. Deze zeef bestaat bij 5 voorkeur uit een stelsel naburig gelegen evenwijdige draden. Tengevolge van de plaatsing van de zeef tussen het mondstuk en de drager zal schaduwmaskering de dalen en toppen van de ribben vormen.Using the HVOF technique it is possible to make layers with an extremely high tensile strength. Experiments have shown values for the tensile bond strength of 12000 psi. Tensile adhesion strength can be improved by adding a second cladding layer consisting of, for example, Inconel 718. Other suitable cladding layers may include Cr, Ni, Co, Al, W or Fe based alloys. This coating can be applied by any known technique and the layer is usually applied over the entire portion of the component surface, which will be ribbed coated at a later stage. The ribs can be formed using the HVOF thermal spray technique using a screen placed between the exit of the jet nozzle and the component support surface. This screen preferably consists of a system of adjacent parallel wires. Due to the placement of the screen between the mouthpiece and the wearer, shadow masking will form the valleys and tops of the ribs.

De zeefafmetingen kunnen worden ingesteld voor 10 het verkrijgen van een optimaal ribbenprofiel. De draad-afmetingen kunnen liggen tussen 0,04 en 0,14 mm en de afstand tussen de draden kan liggen tussen 0,02 en 0,04 mm. De draden bestaan uit hittebestendig materiaal (b.v. wolfraam).The sieve dimensions can be adjusted to obtain an optimal rib profile. The wire dimensions can be between 0.04 and 0.14 mm and the distance between the wires can be between 0.02 and 0.04 mm. The wires consist of heat resistant material (e.g. tungsten).

15 Een andere productiemethode voor het vormen van ribben kan als volgt worden beschreven: de eerste laag van de bekleding wordt aangebracht zonder de zeef, hetgeen resulteert in een laag met uniforme dikte (b.v. 0,04-0,05 mm). Op deze laag zal de zeef geplaatst worden 20 op de bovenbeschreven wijze voor het vormen van het ribbenprofiel.Another production method for forming ribs can be described as follows: the first layer of the coating is applied without the screen, resulting in a layer of uniform thickness (eg, 0.04-0.05 mm). The screen will be placed on this layer in the manner described above to form the rib profile.

In een andere methode voor het vormen van ribben wordt een laag gevormd door de opbrenging van een bekleding door de HVOF techniek, gevolgd door machinale 25 bewerking/slijpen van een profiel van ribben in de bekleding (b.v. elektro ontlading, electro-chemische slijppro-cessen of het conventioneel slijpen).In another method of forming ribs, a layer is formed by applying a coating by the HVOF technique, followed by machining / grinding a profile of ribs in the coating (eg electro-discharge, electro-chemical grinding processes or conventional grinding).

De uitvinding zal in detail in het volgende aan de hand van de tekeningen van een voorbeeld van een 30 productiemethode worden beschreven.The invention will be described in detail in the following with reference to the drawings of an example of a production method.

Fig.1 geeft een schematisch aanzicht van het HVOF proces en toont het opbrengen van een laag op een motorcomponent.Fig.1 shows a schematic view of the HVOF process and shows the application of a layer on a motor component.

Fig.2 laat een schematisch aanzicht zien van de 35 zeef, die gebruikt wordt voor het vormen van een ribbe-profiel.Fig. 2 shows a schematic view of the sieve used to form a rib profile.

In fig.1 bestaat het getekende stelsel 1 uit een mondstuk 2, dat metallisch en/of keramisch poeder in 1012758 5 de gesraolten/geatomiseerde toestand opsproeit met een zeer hoge snelheid op het oppervlak. De zeef 3 is geplaatst tussen het mondstuk en het drageroppervlak. De bedoeling van de uitvinding is het aanbrengen van ribben 5 om de weerstand op het oppervlak van een motor component 4 te beperken. Voorafgaande aan het aanbrengen van de ribbe, zal een hechtingslaag 5 op het component oppervlak 4 aangebracht worden. Deze hechtingslaag 5 kan bestaan uit materiaal, dat afkomstig is uit het mondstuk 2, maar 10 kan eveneens bestaan uit een ander materiaal, dat opgebracht wordt met behulp van een andere bekende methode voor het opbrengen van lagen. Als voorbeeld kan als hechtingslaag Inconel 718 gebruikt worden.In Fig. 1, the drawn system 1 consists of a nozzle 2, which sprays metallic and / or ceramic powder in the sprayed / atomized state at a very high speed on the surface. The sieve 3 is placed between the nozzle and the support surface. The purpose of the invention is to provide ribs 5 to limit the resistance on the surface of an engine component 4. Before applying the rib, an adhesive layer 5 will be applied to the component surface 4. This bonding layer 5 may consist of material that comes from the nozzle 2, but it may also consist of another material which is applied by another known method of applying layers. As an example, the adhesive layer Inconel 718 can be used.

Het mondstuk is voorzien van verschillende 15 toevoerkanalen voor gas evenals voor poeders. Het poeder wordt via het kanaal 9 geïnjecteerd in het mondstuk. Een draaggas (argon of stikstof) versnelt de poederdeeltjes 8. Voorafgaande aan het inbrengen in het mondstuk, wordt aan de brandstof 7 zuurstof toegevoegd. Een keramische 20 afdekking 10 beschermt het mondstuk tegen hoge temperaturen en druk en voorkomt dat het mondstuk slijt. Het externe deel van het mondstuk 2 wordt beschermd tegen de omstandigheden binnen het mondstuk door middel van gecomprimeerde lucht 6. Deze gecomprimeerde lucht fungeert 25 eveneens als eens scherm over de uittredende gesmolten poederdeeltjes. Het geïnjecteerde poedermateriaal, dat bijvoorbeeld kan bestaan uit cobalt/wolfraam-carbide legering is gesmolten bij zeer hoge temperaturen (ongeveer 2000°C) aan de uitgang van het mondstuk in het 30 verbrande brandstof-zuurstof gasmengsel. De temperatuur bij verbranding kan een hoogte bereiken van 2200°-2800°C. Bij deze hoge temperaturen worden schokgolven ontwikkeld, die in de figuur als ruiten 12 zijn aangegeven. Stroomafwaarts zal de stroming enigszins tot rust komen en zal 35 atomisatie 13 plaatsvinden. Bij zeer hoge snelheid zullen de deeltjes de verticale draden van de zeef 3 passeren en daarna opbotsen tegen en zich hechten aan de hechtingslaag 5.The nozzle is provided with different supply channels for gas as well as for powders. The powder is injected into the mouthpiece via channel 9. A carrier gas (argon or nitrogen) accelerates the powder particles 8. Before insertion into the nozzle, oxygen 7 is added to the fuel 7. A ceramic cover 10 protects the mouthpiece from high temperatures and pressure and prevents the mouthpiece from wearing out. The external part of the mouthpiece 2 is protected from the conditions inside the mouthpiece by means of compressed air 6. This compressed air also functions as a screen over the exiting molten powder particles. The injected powder material, which may for example consist of cobalt / tungsten carbide alloy, is melted at very high temperatures (about 2000 ° C) at the exit of the nozzle in the burnt fuel-oxygen gas mixture. The combustion temperature can reach a height of 2200 ° -2800 ° C. Shock waves are generated at these high temperatures, which are indicated in the figure as panes 12. Downstream, the flow will settle somewhat and atomization 13 will take place. At very high speed, the particles will pass through the vertical wires of the screen 3 and then bump and adhere to the bonding layer 5.

1012758 61012758 6

Fig.2 toont een detail van de zeef. Deze zeef bestaat uit eindvlakken 15,15, waarbij hittebestendige draden 16 gespannen zijn tussen de eindvlakken. De afstand tussen de hittebestendige draden en de dikte van de 5 afzonderlijke draden staat in verhouding met het vereiste patroon bestaande uit de ribben op het drageroppervlak 4.Fig.2 shows a detail of the sieve. This screen consists of end faces 15,15, heat resistant wires 16 being stretched between the end faces. The distance between the heat resistant wires and the thickness of the 5 individual wires is proportional to the required pattern consisting of the ribs on the support surface 4.

Een voorbeeld van een ribbeprofiel met een lengte van 20 mm en een hoogte van 0,07 mm en een afstand tussen de toppen van de ribbe van 0,05 mm die aangebracht 10 zijn met gebruikmaking van de bovenbeschreven techniek, kan in het volgende worden gegeven.An example of a rib profile with a length of 20 mm and a height of 0.07 mm and a distance between the tops of the rib of 0.05 mm applied using the technique described above can be given in the following .

In het voorbeeld is de betrokken motor component een hoge druk compressor rotor blad.In the example, the motor component involved is a high-pressure compressor rotor blade.

In een alternatieve uitvoeringsvorm zijn de 15 ribben door machinale bewerking aangebracht in de HVOF laag door middel van elektro ontlading. De EDM elektrode zal een werkoppervlak hebben corresponderend met het oppervlak van de motor component waarin de ribben zullen worden aangebracht. Zoals fig.3 toont heeft de EDM elek-20 trode 20 een werkoppervlak 21, dat correspondeert met het ribbeprofiel 22 van de HVOF bekleding 23 op de motor component 24.In an alternative embodiment, the ribs are machined into the HVOF layer by electro discharge. The EDM electrode will have a work surface corresponding to the surface of the motor component into which the ribs will be fitted. As shown in Figure 3, the EDM electrode 20 has a working surface 21, which corresponds to the rib profile 22 of the HVOF coating 23 on the motor component 24.

Het zal duidelijk zijn, dat de uitvinding, zoals in het voorgaande beschreven, betrekking heeft op 25 een voorkeurssituatie. Verschillende instellingen op het proces zijn mogelijk zonder buiten het raam van de uitvinding, zoals is beschreven in detail in de bijgaande conclusies, te treden.It will be clear that the invention, as described above, relates to a preferred situation. Various process adjustments are possible without departing from the scope of the invention as described in detail in the appended claims.

1012751 ·1012751

Claims (23)

1. Gas turbine motor component in de gasstroom omvattende een aantal ribben geplaatst op het gassstroom oppervlak van de motor component voor het beperken van de weerstand, welke ribben een lengte hebben van tenminste 5 5 mm, een hoogte van tenminste 0,02 mm en een breedte van tenminste 0,01 mm.Gas turbine engine component in the gas flow comprising a number of ribs placed on the gas flow surface of the engine component for limiting the resistance, which ribs have a length of at least 5 mm, a height of at least 0.02 mm and a width of at least 0.01 mm. 2. Component volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ribben opgebracht zijn op het gasstroom oppervlak door middel van een met hoge snelheid uitge- 10 voerd zuurstofbrandstof proces.2. Component according to claim 1, characterized in that the ribs are applied to the gas flow surface by means of a high speed oxygen fuel process. 3. Component volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de ribben een lengte hebben van ongeveer 5 mm tot 200 mm, een hoogte van ongeveer 0,02 mm tot 0,5 mm en een breedte van ongeveer 0,01 mm tot 0,3 mm. ' " · >5 ·'Component according to claim 2, characterized in that the ribs have a length of about 5 mm to 200 mm, a height of about 0.02 mm to 0.5 mm and a width of about 0.01 mm to 0, 3 mm. '"·> 5 ·" 4. Component volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het gasstroom oppervlak tenminste 10 kolommen ribben heeft, welke zich in de richting van de gasstroom uitstrekken.Component according to claim 3, characterized in that the gas flow surface has at least 10 columns of ribs extending in the direction of the gas flow. 5. Component volgens conclusie 3, met het 20 kenmerk, dat de component bestaat uit een Ni, Co, Ti, Al of Fe basis legering.5. Component according to claim 3, characterized in that the component consists of a Ni, Co, Ti, Al or Fe base alloy. 6. Component volgens conclusie 5, voorts omvattende een bekleding op het motor component oppervlak met ribben, die opgebracht zijn op de bekledingslaag.The component of claim 5, further comprising a coating on the motor component surface with ribs applied to the coating layer. 7. Component volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de ribben een keramisch en/of metallisch materiaal omvatten.Component according to claim 6, characterized in that the ribs comprise a ceramic and / or metallic material. 8. Component volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het ribbe materiaal gekozen is uit de groep 30 bestaande uit een Cr, W, Ni, Co, Al, en Fe basis legering en carbiden daarvan.Component according to claim 7, characterized in that the rib material is selected from the group 30 consisting of a Cr, W, Ni, Co, Al, and Fe base alloy and carbides thereof. 9. Component volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het aantal, de hoogte, de lengte en de breedte van de ribben de weerstand van de gasstroming 101275$ 9 over het gasstromingsoppervlak van de component kunnen beperken.Component according to claim 2, characterized in that the number, height, length and width of the ribs can limit the resistance of the gas flow 101275 $ 9 over the gas flow surface of the component. 10. Component volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de motorcomponent gekozen wordt uit de groep 5 bestaande uit een blad, schoep, stator en rotor.Component according to claim 2, characterized in that the motor component is selected from the group 5 consisting of a blade, blade, stator and rotor. 11. Component volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de bekleding gekozen wordt uit de groep bestaande uit een Cr, Ni, Co, Al, W, en Fe basis legering en carbiden daarvan.Component according to claim 6, characterized in that the coating is selected from the group consisting of a Cr, Ni, Co, Al, W, and Fe base alloy and carbides thereof. 12. Werkwijze voor het opbrengen van een aantal ribben op het gasstroom oppervlak van een gasturbine motor component omvattende: het aanbrengen op het gasstroom oppervlak door een met hoge snelheid uitgevoerd zuurstofbrandstof proces 15 waarin de ribben de stromingsweerstand beperken en een lengte hebben van tenminste 5 mm, een hoogte van tenminste 0,02 mm en een breedte van tenminste 0,01 mm.12. Method for applying a number of ribs to the gas flow surface of a gas turbine engine component comprising: applying to the gas flow surface by a high speed oxygen fuel process 15 in which the ribs limit the flow resistance and have a length of at least 5 mm , a height of at least 0.02 mm and a width of at least 0.01 mm. 13. Werkwijze volgens conclusie 12, waarin de ribben opgebracht worden door gebruik te maken van een 20 zeef tussen het gasstroom oppervlak en een mondstuk, dat wordt gebruikt om gesmolten deeltjes te injecteren in het met hoge snelheid uitgevoerde zuurstofbrandstof proces.The method of claim 12, wherein the ribs are applied using a screen between the gas flow surface and a nozzle used to inject molten particles in the high speed oxygen fuel process. 14. Werkwijze volgens conclusie 13, waarin de zeef bestaat uit warmtebestendige draden.The method of claim 13, wherein the screen consists of heat resistant wires. 15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de diameter van de draden loopt van 0,04 tot 1,4 mm en de afstand tussen de draden 0,02 tot 0,05mm is.Method according to claim 14, characterized in that the diameter of the wires ranges from 0.04 to 1.4 mm and the distance between the wires is 0.02 to 0.05 mm. 16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de snelheid van de gesmolten deeltjes ligt 30 tussen 4000 tot 8000 voet per seconde (1220 m tot 2440 m per seconde)16. A method according to claim 15, characterized in that the velocity of the molten particles is between 4000 to 8000 feet per second (1220 m to 2440 m per second) 17. Werkwijze volgens conclusie 12 voorts omvattende een bekledingslaag op het motorcomponent oppervlak waarbij de ribben op de bekledingslaag gebracht 3. worden.The method of claim 12 further comprising a coating layer on the engine component surface wherein the ribs are applied to the coating layer. 18. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de ribben een keramisch en/of metallisch materiaal omvatten. 10127S3 *Method according to claim 12, characterized in that the ribs comprise a ceramic and / or metallic material. 10127S3 * 19. Werkwijze volgens conclusie 18, waarin het ribbemateriaal gekozen wordt uit de groep bestaande uit een Cr, Ni, Co, Al, W en Pe basis legering en carbiden daarvan.The method of claim 18, wherein the rib material is selected from the group consisting of a Cr, Ni, Co, Al, W and Pe base alloy and carbides thereof. 20. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de motorcomponent gekozen is uit de groep bestaande uit een blad, schoep, stator en rotor.A method according to claim 12, characterized in that the motor component is selected from the group consisting of a blade, blade, stator and rotor. 21. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het met hoge snelheid uitgevoerde zuurstof- 10 brandstof proces een bekledingslaag neerslaat gevolgd door een machinale bewerking/slijpen van de ribben in die bekledingslaag.21. A method according to claim 12, characterized in that the high-speed oxygen-fuel process deposits a coating layer followed by machining / grinding the ribs in said coating layer. 22. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de ribben machinaal aangebracht worden door 15 elektro ontlading.22. Method according to claim 21, characterized in that the ribs are mechanically applied by electrical discharge. 23. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat de ribben door elektro-chemische slijptech- niek machinaal worden aangebracht. 1012758Method according to claim 21, characterized in that the ribs are mechanically applied by electrochemical grinding technique. 1012758
NL1012753A 1999-07-30 1999-07-30 Gas turbine energy components with effectively reduced drag comprise a number of riblets on the gas flow surface of specific height, width and length NL1012753C2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1012753A NL1012753C2 (en) 1999-07-30 1999-07-30 Gas turbine energy components with effectively reduced drag comprise a number of riblets on the gas flow surface of specific height, width and length
NL1014924A NL1014924C2 (en) 1999-07-30 2000-04-12 Limitation of air resistance for components of a gas turbine engine.
AU64821/00A AU6482100A (en) 1999-07-30 2000-07-31 Drag reduction for gas turbine engine components
PCT/NL2000/000549 WO2001009405A1 (en) 1999-07-30 2000-07-31 Drag reduction for gas turbine engine components
EP00952060A EP1203107A1 (en) 1999-07-30 2000-07-31 Drag reduction for gas turbine engine components
US10/048,383 US6666646B1 (en) 1999-07-30 2000-07-31 Drag reduction for gas turbine engine components

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1012753 1999-07-30
NL1012753A NL1012753C2 (en) 1999-07-30 1999-07-30 Gas turbine energy components with effectively reduced drag comprise a number of riblets on the gas flow surface of specific height, width and length

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1012753C2 true NL1012753C2 (en) 2001-02-01

Family

ID=19769684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1012753A NL1012753C2 (en) 1999-07-30 1999-07-30 Gas turbine energy components with effectively reduced drag comprise a number of riblets on the gas flow surface of specific height, width and length

Country Status (1)

Country Link
NL (1) NL1012753C2 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5867999A (en) * 1981-10-16 1983-04-22 Hitachi Ltd Moving vane structure in axial flow type fluid machine
GB2117269A (en) * 1982-03-11 1983-10-12 Rolls Royce Thermal barrier coating
US4594053A (en) * 1984-04-10 1986-06-10 Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh Housing for a fluid flow or jet engine
EP0205289A1 (en) * 1985-05-31 1986-12-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Drag reduction article
DE3609541A1 (en) * 1986-03-21 1987-09-24 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Reduced flow resistance by a surface, having reduced wall shearing stress, of a body over which a fluid flows in a turbulent manner
EP0246914A1 (en) * 1986-05-22 1987-11-25 ROLLS-ROYCE plc Control of fluid flow
US4907765A (en) * 1985-09-26 1990-03-13 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh Wall with a drag reducing surface and method for making such a wall
EP0425137A1 (en) * 1989-10-21 1991-05-02 British Aerospace Public Limited Company Apparatus and method for the production of grooves or ribs in or on a surface
EP0629779A1 (en) * 1993-06-15 1994-12-21 KSB Aktiengesellschaft Structured surfaces for component parts of turbomachines

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5867999A (en) * 1981-10-16 1983-04-22 Hitachi Ltd Moving vane structure in axial flow type fluid machine
GB2117269A (en) * 1982-03-11 1983-10-12 Rolls Royce Thermal barrier coating
US4594053A (en) * 1984-04-10 1986-06-10 Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh Housing for a fluid flow or jet engine
EP0205289A1 (en) * 1985-05-31 1986-12-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Drag reduction article
US4907765A (en) * 1985-09-26 1990-03-13 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh Wall with a drag reducing surface and method for making such a wall
DE3609541A1 (en) * 1986-03-21 1987-09-24 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Reduced flow resistance by a surface, having reduced wall shearing stress, of a body over which a fluid flows in a turbulent manner
EP0246914A1 (en) * 1986-05-22 1987-11-25 ROLLS-ROYCE plc Control of fluid flow
EP0425137A1 (en) * 1989-10-21 1991-05-02 British Aerospace Public Limited Company Apparatus and method for the production of grooves or ribs in or on a surface
EP0629779A1 (en) * 1993-06-15 1994-12-21 KSB Aktiengesellschaft Structured surfaces for component parts of turbomachines

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 007, no. 159 (M - 228) 13 July 1983 (1983-07-13) *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4739146A (en) Method for applying a weld bead to a thin section of a substrate
NL1014924C2 (en) Limitation of air resistance for components of a gas turbine engine.
EP2325347B1 (en) Segmented thermally insulating coating
EP0292250B1 (en) Rotary gas seals and turbine and compressor blades
US6575349B2 (en) Method of applying braze materials to a substrate
US8052074B2 (en) Apparatus and process for depositing coatings
EP3081752B1 (en) Fan blade for a gas turbine engine and corresponding method of fabricating
CN103213349A (en) A coating, a turbine component, and a process of fabricating a turbine component
EP0296814B1 (en) Thermal spray coating method
JP2007138946A (en) Method for coating article and its product
CN106194434B (en) Component for a turbine engine, method of forming the same, and turbine engine
JP4731150B2 (en) Film forming apparatus and method for forming low oxide coating
Talib et al. Thermal spray coating technology: A review
US20150330221A1 (en) Device for coating turbine components
US20100055339A1 (en) Method of forming molybdenum based wear resistant coating on a workpiece
US7959093B2 (en) Apparatus for applying cold-spray to small diameter bores
NL1012753C2 (en) Gas turbine energy components with effectively reduced drag comprise a number of riblets on the gas flow surface of specific height, width and length
EP2545998B1 (en) A plasma spray gun and a method for coating a surface of an article
Steffens et al. Thermal spraying
JP2007138299A (en) Method for coating article and article coated thereby
GB2320929A (en) Electric arc spray process for applying a heat transfer enhancement metallic coating
Steffens et al. The “sonarc” process: Combining the advantages of arc and HVOF spraying
US20170008135A1 (en) Systems and methods for refurbishing a plunger of a gas well system
US20040247793A1 (en) Method for applying a coating to a substrate
CA2122063A1 (en) Method of producing temperature-resistant plastic films on diaphragm-gland surfaces

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20040201